開關電源自動測試系統
1. 開關電源的測試內容
一臺合格的開關電源，必須經過嚴格的測試，其中，電性能的測試包括以下方面：
? 輸入特性
1） 工作輸入電壓和電壓變動范圍；
2） 輸入電壓的頻率和頻率變動范圍；
3） 額定輸入電流：是指在輸入電壓和輸出電流在額定條件時的電流；
4） 輸入下陷和瞬間停電：這是一種輸入電壓瞬間時下降或瞬斷的狀態，要用額定輸出電壓和電流加以限定。測試的指標為電壓和時間；
5） 沖擊電流；
6） 漏電流；
7） 效率：因為該指標與發熱有關，因此散熱時要考慮效率
? 輸出特性
1） 額定輸出電壓；
2） 額定輸出電流；
3） 穩壓精度：
a） 電壓穩定度；
b） 電流調整率；
c） 紋波噪聲：包括*大紋波電壓；*大紋波噪聲電壓。
4） 瞬間電流變動導致的輸出電壓的變動值。
? 附屬功能要求
1） 過流保護。
2） 過壓保護。
3） 輸入欠壓保護。
4） 過熱保護。
2. 系統采用的框架
整套測試系統由硬件部分跟軟件部分組成，硬件部分包括：計算機、變頻電源、功率表、電子負載、數字示波器和測試夾具；軟件部分是派捷自行開發的PTI SMPS Tester軟件，通過USB和USB/GPIB轉換接口，將計算機與上述其他硬件連接通訊，協調各個設備的工作，采集和處理數據，*后生成測試報告。系統的連接框架如圖1所示。
圖1 方案所采用的測試框架示意圖
測試的步驟如下：計算機將預設好的電源頻率、電壓條件寫入到變頻電源，并設置電子負載的參數；變頻電源通過功率表對被測物供電，這時功率表可以測量被測物的輸入電壓、輸入電流及輸入功率等參數。被測物的輸出端連接電子負載，同時并聯數字示波器；電子負載為被測物提供可調負載，同時可以測量被測物的輸出電壓、輸出電流及輸出功率等參數，而數字示波器則可以測量被測物輸出電壓的上升時間、下降時間，以及紋波雜訊。
變頻電源、功率表和電子負載都是采用GPIB標準接口與計算機連接，中間經過一個USB/GPIB 適配器轉換稱USB接口，而數字示波器則是通過一根USB線纜直接與計算機通訊。計算機通過兩個USB接口，高效率地控制整套系統的協調工作，并且讀取被測物各個方面性能的數據，再根據預設好的條件，判斷被測物的綜合性能是否合格，再生成單個樣品的及批量樣品的測試報表。由于計算機所需的接口僅是兩個USB口，使用過程不需要在計算機主機內部添加硬件，不影響計算機系統的穩定性。
3. 采用的測試設備
為了使自動測試系統的設計能達到*大的智能化，以上提到的設備：變頻電源、功率表、示波器及電子負載都必須具有通訊接口，即能與計算機連接并可用程序控制。設備可依據客戶的實際條件來選擇：如所需要的精度、性價比等因素都可作為選擇的依據。另外，如果客戶已經有此類型的設備，只要是可程式設備，都可以應用到系統中去。這樣，在保證測試效果的同時，*大的減少客戶的開支，減少客戶因為采用新設備而造成原有設備的浪費。（如有設備兼容性問題的疑問，可向派捷工程師詢問。）
以下是派捷所采用的一套示例設備組合。
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設備名稱： |
廠家： |
型號： |
價格（RMB）： |
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計算機 |
DELL |
- |
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變頻電源 |
歐源 |
APG-1005N |
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功率表 |
致茂 |
Chroma 66202 |
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數字示波器 |
泰克 |
TDS1012B |
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電子負載 |
博計 |
3310D |
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電子負載機框 |
博計 |
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USB/GPIB適配器 |
安捷倫 |
82357B |
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總價： |
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計算機的選擇標準主要考慮性能的穩定和擴展接口，整套測試系統所必須的計算機接口只需要2個USB接口。DELL個人電腦在業界的口碑較佳，穩定性好，價格合適，因此作此選擇。
變頻電源作為提供被測物工作的電源，并需要模擬真實使用條件下的供電情況，其選擇主要考慮輸出容量、輸出頻率范圍、輸出電壓范圍、計算機通訊接口、及性價比等幾個方面。根據所測量開關電源的實際需要，采用了歐源APG-1005N變頻電源，其主要性能有：
? 輸出容量為500VA
? 交流輸入：
a) 一相二線；
b) 220V+10%；
c) 50Hz+5Hz；
? 交流輸出：
a) 單相；
b) 電壓：低檔 0V~150V（L~N）；** 0V~300V（L~N）；
c) 頻率為45~500Hz；
d) 電流：低檔：
? 頻率穩定度：≤0.01%；
? 負載穩壓率：≤0.5%；
? 總諧波形失真率：≤0.3%；
? 帶GPIB接口
功率表的功能是測量提供給被測物輸入參數，包括：Vrms、Vpeak+、Vpeak-、Irms、Ipeak+、Ipeak-、Power、Power Factor等參數。并可提供浪涌電流的測試。致茂的Chroma 66202數字功率表具有以下性能：
? 帶有高速 DSP 芯片，16 Bits 的模擬/數字轉換器；
? 小至10mA電流檔，測試的功率范圍可以**至1mW；
? 符合能源之星ENERGY STAR /IEC 62301的測量要求；
? 可以選用積分法來測量不穩定的功率；
? 用戶自定義測試標準之后，一起可判斷被測物PASS / FAIL 的狀態；
? 帶雙電流傳感器，可以測量大范圍的電流；
? 可測量浪涌電流（Inrush Current）；
? 帶USB和GPIB接口
數字示波器用來測量紋波噪聲和開機/關機時序，即電源上升時間和下降時間。采用業界口碑較好的泰克示波器TDS1012B，其主要性能如下：
? 100 MHz 的帶寬；
? 高達1 GS/s 的實時取樣速率；**至1.2ns的分辨率；
? 雙通道；
? 標配FFT；
? 帶USB通訊接口
可利用其單次捕獲觸發功能，捕獲上升時間和下降時間。
電子負載是用來模擬真實環境中的負載，可以調節負載大小，以及短路，過流，動態等功能等，并能夠準確檢測出負載電壓、**調整負載電流、模擬短路、感性負載、阻性復雜和容性負載、及動態負載。采用的博計3310D系列電子負載性能如下：
? *大功率：150W；
? *大電流：
? 過載保護功率（OPP）：157.5W；
? 過流保護電流（OCP）：
? 過壓保護電壓（OVP）：63V；
? 過溫保護溫度（OTP）：
? 恒流模式：低檔0
? 恒壓模式：0-60V；分辨率0.016V；精度±0.1%；
? 恒阻模式：低檔2-7.5KW，分辨率
? 恒載模式：0-150W；分辨率0.04W，精度±0.5%；
? 動態特性：上升/下降時間：50mSec-9.999Sec；上升速率2.0-125mA/mSec；精度：設定值的±10%，±10mSec；
? GPIB接口
電子負載機框用來裝載多組電子負載，采用的博計
USB/GPIB適配器是用來將GPIB標準接口的設備與計算機連接的轉換工具，采用安捷倫的82357B。
4. 測試程序
測試程序采用美國國家儀器（National Instruments）公司所提供的LabVIEW虛擬儀器圖形化編程語言開發。LabVIEW廣泛地被工業界、學術界和研究實驗室所接受，視為一個標準的數據采集和儀器控制軟件。LabVIEW集成了與滿足GPIB、VXI、RS-232和RS-485協議的硬件及數據采集卡通訊的全部功能。采用LabVIEW具有開發時間短、調試簡單、容易擴展、界面友好等優點。
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圖2 使用LabVIEW平臺開發的PTI SMPS Tester
派捷提供的開關電源測試軟件PTI SMPS Tester，就是利用LabVIEW為平臺所開發。本著高效、穩定、人性化、易入手等目標，同時結合客戶在軟件界面、測試功能上的特殊要求開發，所開發的測試系統具有以下特點：
1） 系統運行穩定。在保證系統測試精度的前提下，穩定性是測試軟件*大的任務， PTI SMPS Tester是派捷的軟件工程師多年控制軟件編寫經驗的積累，軟件經過標準化調試后確認無故障再交付使用；
2） 功能模塊化。采用派捷自定義的標準化功能模塊設計，各種常用設備都有標準的功能模塊，實際系統中可根據用戶特殊需求增加/減少功能模塊。
3） 界面設計人性化。PTI SMPS Tester的界面設計簡介明了，測試人員只需要少量的培訓或者簡單的閱讀說明書便可操作。
4） 測試結果表現形式多樣。有表格、圖形和紅綠指示燈表示，測試結果簡單明了，可以根據用戶的需要修改或者定義面板。
5） 可測試多個項目，各個項目可隨時選擇測與不測；
6） 容易擴展。模塊化的設計，使得軟件系統靈活性強，容易擴展。
5. 系統的特點
總結以上的方案，派捷提供的開關電源自動測試系統，除了具有其他公司提供的測試系統所具有的高速、高效優點之外，還具有以下的特點：
1） 系統設計靈活，可根據客戶自身的需求，量身定做；
2） 穩定可靠，選擇*佳的設備組合，完成各種測試；
3） 價格可控，根據客戶自身的需要，可以選擇一些使用過程中性價比*佳的測試設備，以降低整套系統的價格；
4） 經濟節約，可將客戶已有的合適設備應用于自動測試系統上，避免客戶因為更新設備而帶來原有設備的浪費；
5） 隨時跟進，派捷提供擴展插口，并提供升級服務以滿足客戶更復雜的測試需求；
7） 帶有派捷PTI SMPS Tester測試軟件，穩定簡潔，容易操控；
8） 可以自動生成測試報表，方便隨時查閱；
9） 對**品具有統計分析能力，可協助工程師分析產生**品的原因，反饋到生產線上，以進行生產線的改進；
10） 主要的測試項目有：
¨ 整機輸出效率 (Efficiency)
¨ 平均輸出效率（能源之星標準）
¨ 空載待機功率 (No Load Power)
¨ 輸入電源調整率 (Line Regulation)
¨ 輸出負載調整率 (Load Regulation)
¨ 綜合參數調整率 (Total Regulation)
¨ 輸出紋波及雜訊 (Ripple & Noise)
¨ 輸入功率因數 (Power Factor)
¨ 輸入電流 (Input Current)
¨ 恒定電流負載的電壓值 (CC Voltage)
¨ 恒定電壓負載的電流值 (CV Current)
¨ 恒定電阻負載的電壓值 (CR Voltage)
¨ 恒定電阻負載的電流值 (CR Current)
¨ 恒定功率負載的電壓值 (CW Voltage)
¨ 恒定功率負載的電流值 (CW Current)
¨ 動態負載的電壓值 (Dynamic load Voltage)
¨ 動態負載的電流值 (Dynamic load Current)
¨ 過電流保護值 (Over Current Protection)
¨ 短路保護電壓值 (Short Voltage)
¨ 短路保護電流值 (Short Current)
¨ 短路保護功率值 (Short Power)
¨ 開機延遲時間 (TurnOn Time)
¨ 關機保持時間 (Holdup Time)
開關電源自動測試系統
